特征有机物掺杂的锰基介孔材料组装及对有机结合态重金属去除机理

It is urgent for our country to control and eliminate heavy metal pollution in nowadays and in the future. The heavy metals usually exit in the surface water by forming dissolvable and stable complexes with the dissolved organic matters(DOM). Traditional processing for water purification is not efficient for the removal of the dissolvable DOM-heavy metal complexes.Based on the composing methods of mesoporous hybrid of characteristic organins and manganese oxides, the removal effect of the hybrid material on the DOM-heavy metal complexes, the main influencing facors and the interface process are studied.The removal mechanism of the DOM-heavy meatl complexes by the hybrid material is also discussed.Based on the material,new purify processing for removal of the dissolvable DOM-heavy metal complexes is established.

控制和消除重金属污染是保障我国当前和未来饮水安全重要而紧迫的课题之一。本项目针对常规净水工艺难以去除的天然水体中溶解性有机结合态重金属（Pb、Cd、Cu），研究特征有机物掺杂的锰基介孔材料构建和组装方法，考察不同特征有机物掺杂的锰基介孔材料与溶解性有机结合态重金属的作用效果及关键影响因素，探讨溶解性有机结合态重金属在水/有机掺杂的锰基介孔材料界面向颗粒态转化的反应过程机制，揭示特征有机官能团和锰基介孔材料表面羟基与溶解性有机结合态重金属的联合作用机制；建立基于该杂化材料的去除天然水体中溶解性有机结合态重金属的净水工艺原理，为此类污染水的净化提供科学依据和技术基础。

本项目针对常规净水工艺难以去除的天然水体中溶解性有机结合态重金属（EDTA-Cu(II)），以介孔二氧化锰（δ-MnO2）为锰基，3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷（TPD）等为改性剂，通过接枝法制备出NH2-MnO2 和NNN-MnO2。在酸性条件下，NH2-MnO2对Cu-EDTA络合物的去除与改性前吸附剂相比，具有更高效快速的吸附效果。δ-MnO2对Cu-EDTA络合物的吸附可能是通过吸附剂的表面羟基和Cu-EDTA络合物的羧基形成较弱的氢键，同时也伴有静电作用，而NH2-MnO2对Cu-EDTA络合物的吸附则可能是通过吸附剂表面的质子化氨基与Cu-EDTA络合物的羧基之间形成氢键及静电作用而完成。针对双氯芬酸和镉（DCF-Cd(II)）复合污染问题，研究了新生态纳米水合二氧化锰（HMO）对复合污染物的去除效果和作用机制。Cd(II)促进DCF在HMO表面的吸附量，DCF抑制Cd(II)在HMO表面的吸附量。Cd(II)以CdO形式与HMO结合，DCF可能通过-COOH与HMO表面羟基作用。拮抗作用可能归因于Cd(II)和Cd(II)-DCF复合污染物对HMO吸附位点的竞争，而协同作用可能是因为Cd(II)在DCF的-COOH和HMO的表面羟基之间起阳离子架桥作用。针对腐殖酸与镉离子(HA-Cd(II))复合污染问题，研究了HA和Cd(II)在水合二氧化锰(HMO)表面的分配关系。不同温度条件下，HA-Cd(II)络合物在HMO表面的分配系数（Ｋd）均低于HA和Cd(II)在HMO表面的分配系数，表明HA-Cd(II)络合体系的存在抑制了HMO对Cd(II) 和HA的去除作用。针对水体中微量磺胺类污染物，研究了铁锰复合氧化物（FMBO）、水合二氧化锰（HMO）、水合羟基金属氧化铁（HFO）对磺胺嘧啶（SDZ）和磺胺二甲氧嘧啶（SDMO）的去除效果和作用机理。HFO、HMO和FMBO对SDZ和SDMO的吸附效能受pH和离子强度的影响显著，且HMO和FMBO对SDZ的吸附去除效果显著好于对SDMO的去除效果。FMBO对SDZ的吸附去除是静电吸引和氢键共同作用的结果，而HFO对SDMO的吸附主要归因于HFO带正电荷的表面与SDMO-之间的静电吸引作用。